Vai inficētas koksnes sasmalcināšana samazina biomasas kurināmā siltumspēju?

Koksnes biomasas izmantošana siltuma un elektroenerģijas ražošanai ir stūrakmens pārejai uz atjaunojamo enerģiju. Tomēr ievērojama daļa pieejamo izejvielu-jo īpaši no vētras-postītiem kokiem, slimiem mežiem vai apsaimniekotām mežu zemēm-ir inficēta ar sēnītēm, baktērijām vai kukaiņiem, kas parasti tiek apstrādāti vai šķeldoti. samazina daļiņu izmēru, lai atvieglotu apstrādi un sadegšanu. Tas rada kritisku jautājumu biomasas operatoriem: vai inficētās koksnes sasmalcināšana vēl vairāk pasliktina tās siltumspēju?
Tiešā atbilde ir nē-pati smalcināšana ķīmiski nemaina koksni un nesamazina tai raksturīgo enerģijas saturu. Tomēr infekcija bieži vien degradē koksni pirms sasmalcināšanas, un smalcināšanas process var netieši ietekmēt zemākas-kvalitātes degvielas efektivitāti. Šajā rakstā ir apskatīta zinātne par koksnes sabrukšanu, biomasas un degvielas kvalitātes ietekmes mehānika.
1. Īstais vaininieks: bioloģiskā sabrukšana, nevis mehāniskā smalcināšana
Lai saprastu siltumspēju, vispirms ir jāskatās, kas deg. Enerģija koksnē galvenokārt nāk no lignīna un celulozes. Kad koksne tiek inficēta-visbiežāk ar puvi,-izraisot tādas sēnītes kā Heterobasidion (sakņu puve) vai Ganoderma (brūnā puve)-šie organismi izdala šos enzīmus, kas pārtikā sadala šos enzīmus.
•Brūna puve: Sēnītes sadala celulozi, atstājot lignīnu lielākoties neskartu. Koksne kļūst trausla un tumša, bet saglabā zināmu strukturālo integritāti.
•Baltā puve: Sēnītes noārda gan lignīnu, gan celulozi, pārvēršot koksni stīgas, gaišā masā.
• Mīksta puve: bieži sastopama ļoti mitros apstākļos, uzbrūk celulozei sekundāro šūnu sieniņās.
Visos gadījumos mikrobu metabolisms pārvērš cietos degošus oglekļa savienojumus CO₂, ūdenī un sēnīšu biomasā. Šī bioloģiskā degradācija samazina siltumspēju. Pētījumā, kas publicēts žurnālā Forest Products Journal, tika atklāts, ka stipri sapuvusi koksne var zaudēt no 15% līdz 50% no sākotnējās sausās{4}svaras enerģijas satura un atkarībā no enerģijas veida.
Smalcināšana ir tīri mehānisks process. Tas sadala lielus gabalus mazākos, izmantojot bīdes spēkus un triecienu. Tas nesadedzina oglekli un neiztvaiko gaistošos savienojumus; līdz ar to tā tieši nepazemina bruto siltumspēju (GCV) uz kilogramu sausnas. Ja jums ir 1 kg sausas, inficētas koksnes skaidas, tās satur vienādu daudzumu potenciālās enerģijas. putekļi.
2. Netiešā ietekme: smalcināšanas mijiedarbība ar inficētu koksni
Lai gan smalcināšana nemaina ķīmisko sastāvu, tā būtiski maina inficētā materiāla fizikālās īpašības, kas ietekmē efektīvu enerģijas atgūšanu sadegšanas laikā.
A. Palielināts mitruma saturs
Inficētai koksnei bieži ir lielāka spēja aizturēt ūdeni šūnu sieniņu noārdīšanās dēļ. Smalcināšana ievērojami palielina virsmas-laukuma- un -tilpuma attiecību. Lai gan tas palīdz izžūt, ja degviela tiek pareizi uzglabāta, tas arī nozīmē, ka materiāls var absorbēt atmosfēras mitrumu daudz ātrāk nekā baļķu cietais enerģijas saturs. vārot ūdeni, nevis sildot māju vai ģenerējot tvaiku.
B. Paātrināta degradācija
Smalcināšana pakļauj svaigas virsmas skābekļa un mikrobu aktivitātei. Ja inficēto koksni sasmalcina un pēc tam atstāj kaudzē uz nedēļām vai mēnešiem, aerobās baktērijas un sēnītes var paātrināt mežā aizsākto sadalīšanās procesu. Šī "pēc-sasmalcināšanas" sabrukšana laika gaitā var izraisīt izmērāmu siltumspējas samazināšanos.
C.Ash saturs un sārņu veidošanās
Sēnīšu augšana veicina koksnes minerālpelnu saturu. Kad inficētā koksne tiek sasmalcināta, augsne un ražas novākšanas laikā savāktās smiltis tiek precīzāk sajauktas smalkajās daļiņās. Augstāks pelnu saturs samazina zemāko siltumspēju (NCV), jo minerāli nedeg. Turklāt dažas sēnes var koncentrēt smalkos sārmu metālos, piemēram, sārmu metālos. izdedžu un netīrumu veidošanās katlos-samazina darbības efektivitāti, pat ja degvielas teorētiskais BTU saturs paliek nemainīgs.
3. Smalcināšanas priekšrocības sadegšanas efektivitātei
Ir svarīgi atzīmēt, ka, neskatoties uz trūkumiem, kas saistīti ar jau esošu infekciju, smalcināšana parasti ir izdevīga zemas kvalitātes koksnes izmantošanai:
1. Uzlabota sadegšanas kinētika: mazākas daļiņas aizdegas ātrāk un sadeg pilnīgāk. Tas var palīdzēt kompensēt sapuvušas koksnes zemāko enerģijas blīvumu, nodrošinot mazāku nesadegušo oglekļa izplūdi caur dūmvadu.
2. Viendabīgums: sasmalcinot, sapuvusi un vesela koksne tiek sajaukta kopā, radot konsekventāku degvielas kategoriju nekā baļķu manuāla šķirošana.
3. Loģistika: Sasmalcinātā materiāla blīvēšana granulās vai briketēs faktiski var pasargāt to no turpmākas mitruma uzņemšanas un bioloģiska uzbrukuma uzglabāšanas laikā.
4.Praktiski ieteikumi biomasas ražotājiem
Ja apstrādājat inficētu koksni biomasas degvielai, ņemiet vērā šādus paraugprakses piemērus:
• Novērtējiet nopietnību: vizuāli pārbaudiet koksni. Koksne, kas ir "negabarīta" (viegli drūp, nospiežot pirkstu), visticamāk, ir zaudējis pārāk daudz masas, lai būtu dzīvotspējīgs. Koksne, kas ir tikai mainījusi krāsu, bet joprojām ir strukturāli stabila, saglabā lielāko daļu savas enerģijas.
• Nekavējoties nožāvējiet: sasmalciniet tikai tad, ja plānojat materiālu ātri izžāvēt (izmantojot iekārtas siltuma pārpalikumu). Neļaujiet sasmalcinātai inficētajai koksnei sēdēt lietū.
•Uzraudzīt mitrumu: tiecieties uz mitruma saturu zem 20–25%. Tas ir svarīgāks inficētai koksnei, nevis veselīgai koksnei.
• Sajauc izejvielas: sajauciet sasmalcinātu inficētu koksni ar augstas-kvalitatīvas zāģu skaidām vai tīrām skaidām, lai līdzsvarotu kurināmā maisījumu un novērstu katla problēmas.
Inficētas koksnes sasmalcināšana pati par sevi nesamazina tās siltumspēju. Enerģijas zudumi rodas bioloģiskās infekcijas procesa laikā pirms ražas novākšanas. Tomēr smalcināšana darbojas kā katalizators turpmākai degradācijai, ja materiāls netiek pareizi apstrādāts pēc-apstrādes. Palielinot virsmas laukumu, smalcināšana padara inficēto koksni mazāk jutīgu pret trūdēšanu un mitrumu neuztveramāku. samazina efektīvo siltuma jaudu.
Biomasas degvielas ražotājiem galvenais ir uztvert smalcināšanu nevis kā enerģijas zuduma cēloni, bet gan kā soli, kam nepieciešams rūpīgs laiks. Sasmalcinot inficēto koksni tieši pirms žāvēšanas un sadedzināšanas, operatori var gūt labumu no mazo daļiņu uzlabotajām degšanas īpašībām, vienlaikus samazinot koksnes bojātā bioloģiskā stāvokļa negatīvo ietekmi.